Brennverfahrensentwicklung
Verbrennungsvisualisierung
Als Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft mit dem Fokus auf seriennahe Motoren, bietet MOT messtechnische Unterstützung zur zyklusaufgelösten Visualisierung des Verbrennugsvorgangs im Brennraum. Die Messtechnik ist im Haus verfügbar und wird auf die Problemstellung angepasst ausgewählt. Die Messungen sind sowohl auf den Motorprüfständen von MOT möglich, als auch vor Ort auf dem Prüfstand des Kunden. Fragestellungen, bei denen die optische Messtechnik im Brennraum gezielt eingesetzt werden kann, sind:
- Visualisierung der Flammenausbreitung
- Visualisierung des Rußes
Visualisierung der Flammenausbreitung
Zur Visualisierung der Flammenausbreitung werden bei MOT verschiedene Verfahren eingesetzt. Hierzu zählen endoskopische High-Speed-Kameraaufnahmen sowie die Lichtleitermesstechnik.
Verbrennungsvisualisierung im Motorsport
Die Visualisierung der Flammenausbreitung wird am Vollmotor durchgeführt, die Messtechnik wird so eingebracht, dass annähernd keine Beeinflussung der Verbrennung vorliegt und der Betriebsbereich des Motors nicht eingeschränkt werden muss. Die Messtechnik ist unter anderem erprobt an Motoren der Formel 1 [1]. Insbesondere die seit 2014 mit Turboaufladung ausgestatteten Formel 1-Motoren zeichnen sich durch sehr hohe Brennraumdrücke und Drehzahlen aus, dennoch ist eine Aufnahmerate von einem Bild pro Grad Kurbelwinkel zu realisieren.
Visualisierung von Verbrennungsanomalien
Die optischen Zugänge für endoskopische Kameraaufnahmen lassen sich sehr klein umsetzen, sie beginnen ab einem Durchmesser von 8 mm. Die Zugänge werden projekt- und kundenspezifisch angepasst, Abbildung 1. Die Kameraaufnahmen können mit einer Lichtleiterzündkerze kombiniert werden. Die Lichtleiterzündkerze wird basierend auf der im Motor verwendeten Zündkerze aufgebaut. Somit sind Eigenschaften der Elektrodengeometrie und des Wärmewerts annähernd gleichbleibend, Abbildung 3. Der parallele Einsatz der Systeme ermöglicht eine gleichzeitige Klopfortdetektion und die Lokalisierung von Vorentflammungen, Video 1, [2].
Des weiteren kann die erweiterte dreidimensionale Flammenauswertung (advanced 3d flame evaluation, A3DFE) durchgeführt werden. Mithilfe der A3DFE lassen sich am Serienmotor Parameter der Flamme wie Volumen und Ausbreitungsgeschwindigkeit bestimmen, die beispielsweise zur Validierung einer CFD-Rechnung dienen, Video 2 [3,4].
Abbildung 1
Optische Zugänge zur Montage im Zylinderkopf in verschiedenen Größenausführungen für verschiedene Endoskopische Anwendungen im Brennraum.
Abbildung 2
Beispiel für einen Aufbau am Vollmotor mit endoskopischen Zugang für High-Speed-Flammenvisualisierung und Spray-Visualisierung.
Abbildung 3
Sechskanalige Lichtleiterzündkerze basierend auf der Serienzündkerze eines Ottomotors.
VIDEO 1
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VIDEO 2
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Referenzen:
[1] Corrigan, D. J. ; Pascolini, E. ; Zecchetti, D. ; Titus, F.: Ignition System Development for High Speed High Load Lean Boosted Engines. In: Günther, Michael; Sens, Marc (Hrsg.): Ignition Systems for Gasoline Engines. Cham : Springer International Publishing, 2017, S. 217–242, – ISBN: 978-3-319-45503-7, – DOI: 10.1007/978-3-319-45504-4. – DOI: 10.1007/978-3-319-45504-4_13
[2] Spicher, U. ; Gohl, M. ; Magar, M. ; Hadler, J.: Die Bedeutung des Motoröls bei der Entstehung der Vorentflammung. In: MTZ – Motortechnische Zeitschrift 77 (2016), Nr. 1, S. 62–67
[3] Titus, F. ; Spicher, U. ; Hadler, J. ; Pulvirenti, F. ; Cevolani, R. ; Paltrinieri, S.: Investigations on Combustion with Endoscopic High-Speed Visualization in a Boosted 8-Cylinder High-Power Engine with Direct Injection, 99-1. In: Eichlseder, Helmut; Wimmer, Andreas (Hrsg.): 15. Tagung – Der Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors // 15. Tagung Der Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors : 15th Symposium The Working Process of the Internal Combustion Engine, 24. und 25. September 2015. Graz : Verlag der Technischen Universität Graz, 2015 (99 I + II), S. 182–197, – ISBN: 978-3-85125-425-9
[4] Titus, F. ; Spicher, U. ; Pulvirenti, F. ; Paltrinieri, S. ; Cevolani, R. ; Hadler, J.: Investigation of flame development applying optical metrology in a highly boosted SIDI performance engine for the sports car market. In: Liebl, Johannes; Beidl, Christian (Hrsg.): Internationaler Motorenkongress 2016. Wiesbaden : Springer Fachmedien Wiesbaden, 2016 (Proceedings), S. 373–387, – ISBN: 978-3-658-12917-0, – DOI: 10.1007/978-3-658-12918-7. – DOI: 10.1007/978-3-658-12918-7_24
[5] Redecker, J. ; Sabelberg, I. ; Gegg, T. ; Kölmel, A. ; Beck, K. W. ; Spicher, U.: Klopfuntersuchungen an einem kleinvolumigen Zweitakt-Ottomotor mit Kraftstoff-Einspritzung : Knocking investigations in a small-volume two-stroke engine with fuel injection. In: Beiträge / 11. Internationales Symposium für Verbrennungsdiagnostik : 1. und 2. Juli 2014, Kurhaus Baden-Baden. Mainz-Kastel : AVL Deutschland GmbH, 2014, S. 199–211, – ISBN: 978-3-00-039632-8
[6] Disch, C. ; Pfeil, J. ; Kubach, H. ; Koch, T. ; Spicher, U. ; Thiele, O.: Experimental Investigations of a DISI Engine in Transient Operation with Regard to Particle and Gaseous Engine-out Emissions. In: SAE International Journal of Engines 9 (2016), Nr. 1. – DOI: 10.4271/2015-01-1990
